Почему так важен датчик кислорода

O2 sensor, датчик дожига, датчик кислорода или лямбда-зонд.

Правильная работа, управляемость двигателя (а с ним и автомобиля), потребление топлива, токсичность и др. напрямую зависят от достоверности и качества информации, получаемой электронных датчиков, использующихся в работе компьютеризированной системы управления двигателем. Один из датчиков в этой системе - датчик кислорода. Его называют датчик «O2» (O2 - химическая формула кислорода), датчик «дожига» или лямбда-зонд.

Много факторов влияют на необходимое качество топливной смеси: температура воздуха, температура охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки, поток воздуха, нагрузка на ДВС… Датчики измеряют эти параметры на ВХОДЕ и говорят «как дозировать», а датчик O2 – практически единственный видит, что на ВЫХОДЕ т.е. «как задозировали».

Что это значит?

Любые проблемы с датчиком O2 могут привести обратную связь целой системы в неисправное состояние. Если не знать, что получается, вряд ли получится то, что нужно. Так оно и выходит при неисправном или подсевшем датчике – смесь не соответствует необходимым параметрам и обычно обогащена.

ДАТЧИК ДОЖИГА РЕГУЛИРУЕТ КАЧЕСТВО СМЕСИ

Он установлен в выпускном коллекторе и проверяет, сколько недожженного кислорода находится в выхлопных газах. Контроль уровня кислорода в выхлопе – неплохой косвенный способ измерить качество топливной смеси. Точно измерить количество сложно, график уровень/сигнал обыкновенного датчика очень нелинейный, S-образный, уровня как бы два – «есть» и «нет». А этого вполне достаточно чтобы компьютер понял, богата топливная смесь (нет кислорода) или бедна (есть кислород).

Компьютер использует сигнал датчика кислорода, чтобы регулировать качество топливной смеси. По показаниям датчика, соответствующим образом производится коррекция, изменение в нужную сторону качества топливной смеси. Если смесь богатая, происходит ей обеднение. Если бедная - обогащение. Изменение качества смеси производит изменение количества кислорода в выхлопе и соответствующее изменение в показаниях датчика O2. Всё происходит циклично и постоянно. В замкнутом контуре. Результат - постоянные переходы назад и вперед от богатого к бедному, через оптимальное соотношение. Суммарное время задержек реакции лямбда зонда, управляющих воздействий компьютера и времени прохождения газов от момента дозирования смеси до датчика будет как раз полупериодом таких колебаний.

Когда сигнала от датчика O2 нет, это бывает когда датчик или его цепь неисправна, компьютер включает режим обогащения топливной смеси. Система управления может не войти в замкнутый режим управления, когда датчик O2 уже достиг рабочей температуры, или выйти из режима, потому что сигнал датчика O2 недостаточен. В этом случае компьютер будет управлять двигателем, подавая слишком богатую смесь, что вызовет увеличения потребления топлива и токсичности выхлопа. От многих причин, кроме лямбда зонда, зависит вхождение в режим самоуправления. Плохой датчик температуры тоже может препятствовать системе саморегулироваться, но это тема для отдельной статьи.

КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ ЛЯМБДА ЗОНД

Рассмотрим устройство датчика кислорода. В одном конце датчика, том, который вворачивается в выпускной коллектор, находится цирконий-керамическая трубка. С внешней стороны она покрыта пористым слоем платины. Внутри есть две полоски платины, которые служат электродами. Внешняя сторона трубки находится в горячих газах выхлопа, внутренняя часть соединена через корпус датчика с внешней атмосферой. Для этого датчики кислорода старого типа имеют маленькое отверстие в корпусе. Более новые датчики O2 "дышат" через отверстия для проводов и не имеют специального вентиляционного отверстия. Расстояние между изоляцией и проводом обеспечивает достаточно места, чтобы воздух попадал в датчик.

Итак, две стороны одного элемента находятся в разных средах. Одна сторона трубки находится в потоке выхлопных газов, другая в атмосфере. Когда с той стороны, что в выхлопных газах кислород весь выгорел, а в атмосфере он, понятно, есть, появляется первое условие при котором датчик O2 производит напряжение. Второе условие - датчик должен быть прогретым.

Различие в уровнях кислорода между выхлопом и внешним воздухом в датчике генерирует напряжение. Чем больше различие, тем выше напряжение. Заметим - нелинейно. Переход оптимального уровня происходит почти скачкообразно.

Качество смеси. Выход лямбда зонда. Вольт.
Богатая 0,9
Обогащенная 0,8
Оптимальная 0,45
Обедненная 0,2
Бедная 0,1

Если топливная смесь богата, но есть немного недожженного кислорода в выхлопе, исправный датчик кислорода вырабатывает приблизительно 0.9 вольт. Когда смесь бедна, выходное напряжение датчика опускается где-то до 0.1 вольта. А когда топливовоздушная смесь оптимальна приблизительно 14.7 к 1, датчик будет выдавать приблизительно 0.45 вольт.

СКОРОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ.

Как мы уже знаем, компьютер получает сигнал богатой смеси (высокое напряжение) от датчика O2, топливная смесь обедняется, и через КАКОЕ-ТО время (связанное со скоростью прохождения газов, скоростью реакции зонда и др.) уменьшает показания датчика. Когда напряжение датчика O2 опять низкое (бедная смесь – много кислорода), компьютер увеличивает скважность импульсов на форсунки, чем делает топливную смесь стать богаче. Этот режим цикличен.

В зависимости от устройства топливной системы скорость перехода качества смеси от бедной к богатой и наоборот разная. Нормой считается: на двигателях с карбюраторами с обратной связью один раз в секунду в 2500 оборотах в минуту. Двигатели центральным впрыском, несколько быстрее (2 - 3 раза в секунду в 2500 оборотах в минуту), в то время как двигатели с многоточечным впрыском являются самыми быстрыми (5 - 7 раз в секунду в 2500 оборотах в минуту).

Нагреватель

Датчик кислорода начинает работать при прогреве до 600 градусов или выше. В современные датчики кислорода встроен маленький нагревательный элемент. Это позволяет быстрее достигнуть рабочей температуры. Нагревательный элемент не даёт датчику остыть и отключиться в режиме долгого холостого хода, и этим не позволяет системе выйти из цикла саморегулирования.

Датчики O2 с нагревателем используются почти во всех современных транспортных средствах и имеют 3 или 4 провода. Старые однопроводные датчики O2 не имеют нагревателей. Для улучшения характеристик двигателя вместо однопроводного датчика можно перекоммутировать датчик с нагревателем.

Больше датчиков для слежения в OBD II

В новых схемах, датчиков кислорода в двигателе стало больше в два раза. Второй датчик кислорода стоит после каталитического конвертера, для контроля его производительности. На V6 или двигателях V8 с двойным выхлопом, стоят до четырех датчиков O2 (по два на головку).

ОBD-II разработана так, чтобы контролировать и систему эмиссии. Это включает слежение за всем, что могло бы увеличивать токсичность выхлопа. Система OBD-II сравнивает уровни кислорода датчиков O2 до и после катализатора, и выясняет, уменьшает ли конвертер загрязнение выхлопа. Если разница уровня кислорода мала, это означает, что конвертер не работает. Может включиться лампочка Check.

ДИАГНОСТИКА ДАТЧИКА ДОЖИГА

Датчики O2 работают в очень сложных условиях высокой температуры выхлопных газов. Сигнал датчика кислорода уменьшается с возрастом т.к. загрязнители накапливаются на рабочей поверхности датчика и постепенно уменьшают его способность производить напряжение. Что это за загрязнители? Это силикон, сера, масло и даже некоторые топливные добавки, попавшие в выхлоп. Снаружи датчик тоже может повредиться различными экологическими факторами типа воды, дорожной соли, масла и грязи. Когда датчик стареет и становится «вялым», время, реакции на изменения в воздушной/топливной смеси, увеличивается. Токсичность выхлопа повышается. Это случается потому, что регулировка качества топливной смеси становится замедлена, смесь то обогащена, то обеднена, а это уменьшает эффективность каталитического конвертера.

Когда датчик «умирает» совсем, топливная смесь становится постоянно богатой. Это вызывает большой скачок в потреблении топлива и увеличении токсичности. Конвертер перегревается из-за богатой смеси, а это может вызвать его повреждение. Примечательно, но 70 % транспортных средств, по статистике, нуждаются в новом лямбда-зонде.

Единственный способ точно знать, выполняет ли O2 сенсор свою работу - регулярно его диагностировать. Удачный момент - когда меняете свечи.

Вы можете проверить датчик кислорода при помощи сканера, осциллографа или высокоомного вольтметра. На цифровых вольтметрах, без сноровки, переходы читаются трудно. Числа, скачут быстро и считать показания сложно. Вот осциллограф или PC сканер, это дело другое - изображение в виде графика выявит все особенности переходов напряжения датчиков O2. Специальное программное обеспечение покажет напряжение датчика как волнистую линию, амплитуду (минимальное и максимальное напряжение) и частоту (величина обратная периоду перехода смеси от богатой к бедной и обратно). Хороший датчик O2 должен работать и в режиме холостого хода. Напряжение должно меняться от минимума (0.1v) к максимуму (0.9v). Искусственное обогащение смеси при помощи добавления во впускной коллектор топлива должно заставить датчик отвечать почти немедленно (в пределах 100 миллисекунд) в максимум (0.9v). Обеднение смеси (открывание вакуумной линии на впускном коллекторе) должно заставить датчик падать до минимума (0.1v). Если датчик не меняет показаний достаточно быстро, то это говорит о его плохих характеристиках и необходимости замены.

Если цепь датчика O2 обрывается или замыкается, может появиться ошибка, возможно даже загорится лампочка Check. Иногда самодиагностика совсем ничего не покажет. Если же дополнительная диагностика приборами обнаружит, что и датчик дефектен, потребуется его замена. Так что отсутствие кода ошибки или индикации лампы Check, вовсе не означает, что датчик кислорода работает правильно.

ЗАМЕНА ДАТЧИКА

Любой дефектный датчик O2 однозначно должен быть заменен! Заменяя старый датчик O2 или датчик, сигнал которого стал вялым, возможно восстановить расход, уменьшить токсичность выхлопа (!!!) и продлить жизнь катализатора. Одно- или двух - проводные датчики O2 без нагревательного элемента должны быть заменены каждые 40 000 - 50 000 тысяч километров. Трех- или четырех - проводные датчики O2 70 000 километров. На транспортных средствах оборудованных OBD II, интервал замены 120 000 километров.

Спасибо за заботу о природе.


Комментарии посетителей:

MAN 2009-02-08

Спасибо, ценная информация

Алексей 2010-10-19

Большое спасибо. Познавательно. Важно.

Сергей 2014-05-04

Спасибо за статью! Очень информативно все написано. Видно что писал спец, и не просто для галочки, а как говорится "от души"!

Понятно, что читатель должен быть слегка в теме. Лично я прочитал с удовольствием. Автору спасибо!


Комментировать "Почему так важен датчик кислорода"
* *
*
наберите результат: произведение 111 и 7
*



| online: 1/2 |

MAXMOTORS.INFO / Библиотека / Полезное / Устройство и ремонт: статьи / Почему так важен датчик кислорода


тел.: 292-89-38, 248-72-20
Новосибирск, Академгородок.
10:30-19:00 - Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс